电力电子技术在开关电源中的运用

吴重重

摘 要：现如今全世界的能源消耗逐年递增，而电力能源在所有能源中所占的比例大约是40%，而在电力能源之中，经过电力电子设备转换的电力能源也占有40%，根据现代电力能源的增长速度，电力电子设备的电子能源转换预计达到80%，所以在二十一世纪中电力电子技术所发挥的作用将越来越大。本文主要在电力电子技术的发展基础上，将其应用到开关电源内，分析其原理和发展的趋势。

关键词：电力电子；开关能力；运用

电力电子技术主要是控制和转换电能的学科，通过电力电子器件的利用来展开相关的电力电子技术运用。电力电子技术主要包括有三个部分：第一部分是电力电子器件，第二部分是变流电路，第三部分是控制电路，而电力电子技术也是电力、电子和控制三大电气工程技术领域的交叉，作为融合三大技术领域的学科，随着社会的进步和科学技术的发展，电子电力技术与现代控制理论之间的联系更加紧密，与材料科学和电机工程以及微电子技术等领域联系密切，因此作为一门综合性的技术学科，能够发挥多门学科共同的作用。

1 电力电子技术的广泛应用

电力电子技术作为一门学科，具有高技术性，并且在社会中的应用较为广泛，能够有效地减少社会环境污染，起到节能和改善工作条件的作用，在传统工业中的运用十分普遍，例如电力产业、机械产业和化工产业等。随着社会的进步，电力电子技术在高新技术产业中的运用也十分广泛。以下主要探讨了电力电子技术的运用。

1.1 高压直流输电

直流输电的技术性较强，具有许多的优势：

①有效实现非同期电网互联，不会出现系统稳定问题；②有效限制了短路电流；③不存在电容充电电流；④线路的功率损耗较小；⑤高压直流输电输送相同的功率的时候，线路造价比较低；⑥拥有较快的调节速度；运行可靠；⑦在海下输电中比较合适。

随着不断提高大功率电子器件的开断能力，不断出现新的大功率电力电子器件，并且投入到市场当中使用，逐渐地改善高压直流输电设备的性能，简化设备器件的结构，有效的减少换流站的面积，还能够降低工程造价。例如可关断的和MOS控制的晶闸管，以及绝缘门极、双极性三极管等。

1.2 柔性交流输电系统

随着柔性交流输电技术的不断快速发展，电力电子技术和控制理论以及通讯技术的发展已经成为一种趋势，为FACIS的发展创造了条件，因此我们可以利用IGBT等可关断器件组成的FACTS原件，对系统参数进行快速、平滑的调节，改变系统的潮流分布。

1.3 电力谐波治理

在电力系统谐波当中，最理想的治理方式是有源滤波，主要是利用可控的功率半导体器件在电网中注入原有谐波电流幅值相等的电流，或是相位相反的电流，使得电源总谐波的电流为0，有利于实现实时补偿谐波电流。而随着电能质量治理工作的不断深入，有源滤波器主要以瞬时无功功率理论作为基础，展开谐波治理的市场将会扩大。

1.4 不间断电源

不间断电源可以简称为UPS，主要是保证电力自动化系统的安全可靠運行，能够在计算机和通信系统之中，提供不中断场合的高可靠和高性能的电源。现代的不间断电源主要是采用脉宽调制技术和功率MOSFET和IGBT等现代电力电子器件，能够有效降低电源噪声，从而提高效率和可靠性。

2 电力电源技术在开关电源中的运用

开关电源主要是为了维持稳定输出电压，通过现代电力电子技术，控制公路半导体器件的开通和关断时间比率。开关电源与线性稳压电压相比，开关电源具有一定的优势，主要有体积小和效率高以及重量轻等优点，因此在电子设备中得到了广泛的运用。二十世纪末期开关电源在电子和电气设备领域中的运用逐渐增加，在通信、电子检测设备和控制设备电源等领域展开广泛的运用，有利于开关电源技术的快速发展，但是开关电源也有一些缺点，主要有开关电源的电路比较复杂，容易受到射频和电磁干扰。但是随着科学技术的进步，开关电源的缺点正在不断被克服。在开关电源中征集电路可以分为主电路和控制电路两种，而在主电路中，包含三个环节：首先是输入整流滤波；其次是功率转换；最后是输出整流滤波。主电路主要有将电网能力传递给负载的功能。而结构框图除了主电路外为控制电路，主要是为了保护电路正常的工作。

2.1 开关电源的分类

①可以根据输入和输出的类型，将开关电源分为DC/DC和AC/DC变换器两种。②可以通过驱动方式的不同将开关电源分为自励式和他励式两种。③可以根据控制方式的不同，将开关电源划分为三种：一是脉冲宽度调制式（PWM）；二是脉冲频率调制式（PFM）；三是脉冲宽度调制式和脉冲频率调制式混合。④依据电路组成可以将开关电源分为谐振型和非谐振型。

除了以上四种分类，还可以将开关电源分为单端正激式和单端反激式；推免式和降压式、升压式或者升降压式等。

2.2 开关电源的发展趋势

开关电源逐渐朝着高频、高可靠、低耗和低噪声等方向发展，不断地提高自身的抗干扰性和模块化性。就现如今市场中的开关电源，主要是利用双极性晶体管制作而成的，需要进一步的提高其频率，并且也要提高开关频率，通过高速开关元器件的运用达成。为了有效保证开关电源的效率，需要不断减少开关的损耗。在提高开关速度之后，电源电路中的电感和电容以及二极管中的储存电荷会受到影响，从而产生浪涌或是噪声。因此为了有效地控制浪涌，需要对不同的情况进行分析，利用R-C或是L-C的缓冲器和非晶态等磁芯制成的磁缓冲器以及谐振式。谐振式开关在进行浪涌控制的时候，能够有利于降低损耗。

为了追求开关电源的高频化，可能会导致噪声的增加，因此需要采用谐振转换电路技术，在实现高频化的同时降低噪音，但是还存在实用化方面的问题，因此需要展开不断的研究。

3 结语

本文主要分析了电力电子技术在开关电源中的运用，电力电子技术在能源、环保和生命科学以及材料方面都有效的运用，在每一个领域当中都发挥了极其重要的作用。电力电子技术作为重要的科技支撑，在经济的各个领域中都得到了广泛的运用，拥有十分美好的发展前景。

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